¿Recargar mi automóvil eléctrico en menos de un minuto? Sí, ahora es posible según los Investigadores del Nanotek Instruments, Inc., y su subsidiaria Angstron Materials, Inc., situadas en Dayton (Ohio), que han desarrollado un nuevo dispositivo de almacenaje de electricidad basado en facilitar el rápido desplazamiento de grandes cantidades de iones de litio entre electrodos dotados con grandes superficies de grafeno. El nuevo dispositivo de almacenaje puede resultar extremadamente útil para los automóviles eléctricos, ya que reduce de forma drástica el tiempo de recarga. ¡Puede llegar a menos de un minuto!
Los investigadores han llamado al nuevo dispositivo de almacenamiento “superficie de grafeno que permite el paso de iones de litio”, o de forma más sencilla “células de mediadores de superficie” (SMCs) por sus siglas en inglés. Unas siglas que irán sonando cada vez más en el futuro. Aunque de momentos sigue siendo un dispositivo de laboratorio cuya configuración y materiales aún no han sido optimizados para la comercialización. A pesar de ello, ya superan las características de las baterías de litio y las de los supercapacitadores.
Los nuevos dispositivos pueden entregar una densidad de potencia de 10.000 W/kg, que es 100 veces mayor que la de las baterías de Li-ion comercializadas o 10 veces más que lo que logra un supercapacitador. A mayor densidad de potencia mayor la capacidad de transferir energía lo cual determina el tiempo de recarga. Los Formula 1 utilizan supercapacitadores por su alta capacidad de transferencia de energía, y su rapidez de carga y descarga. Con los nuevos dispositivos SMCs el tiempo de recarga es diez veces menor que en un supercapacitador. Además los nuevos dispositivos pueden almacenar una densidad de energía de 160 Wh/kg, que es una cifra en el rango superior de las baterías de Li-ion y treinta veces superior al de los supercapacitadores. Esto es muy importante, pues la gran pega de los supercapacitadores es su escasa capacidad de carga, lo que limita enormemente la autonomía de un vehículo eléctrico. En la Formula 1 solo suministran electricidad durante unos segundos. Pero ahora contamos con un dispositivo que no solo mejora la capacidad de carga de un supercapacitador, sino que además logra almacenar grandes cantidades de carga. ¡Buenas noticias, sin duda!
Los nuevos dispositivos pueden entregar una densidad de potencia de 10.000 W/kg, que es 100 veces mayor que la de las baterías de Li-ion comercializadas o 10 veces más que lo que logra un supercapacitador. A mayor densidad de potencia mayor la capacidad de transferir energía lo cual determina el tiempo de recarga. Los Formula 1 utilizan supercapacitadores por su alta capacidad de transferencia de energía, y su rapidez de carga y descarga. Con los nuevos dispositivos SMCs el tiempo de recarga es diez veces menor que en un supercapacitador. Además los nuevos dispositivos pueden almacenar una densidad de energía de 160 Wh/kg, que es una cifra en el rango superior de las baterías de Li-ion y treinta veces superior al de los supercapacitadores. Esto es muy importante, pues la gran pega de los supercapacitadores es su escasa capacidad de carga, lo que limita enormemente la autonomía de un vehículo eléctrico. En la Formula 1 solo suministran electricidad durante unos segundos. Pero ahora contamos con un dispositivo que no solo mejora la capacidad de carga de un supercapacitador, sino que además logra almacenar grandes cantidades de carga. ¡Buenas noticias, sin duda!
Tomando en consideración un mismo peso, los SMC y las baterías de Li-ion proveen a un vehículo eléctrico con una autonomía máxima similar. Aunque según Bor. Z. Jang, cofundador de Nanotek Instruments “Su SMCs, como las actuales baterías de Li-ion, pueden desarrollarse en un futuro para aumentar la densidad de energía”. Quizá logren en un futuro mejorar también la autonomía que proporcionan a los vehículos eléctricos, pero de momento los SMCs ya consiguen ser recargados en minutos en lugar de horas.
Tanto las baterías de Li-ion como los supercapacitadores tienen sus propios pros y contras. Mientras que las baterías de Li-ion tienen una mayor capacidad de almacenaje (densidad de energía de 120-150 Wh/kg) que los supercapacitadores (5 Wh/kg), entregan mucha menor densidad de potencia (1000 W/kg), frente a (10.000 W/kg). Muchos investigadores han tratado de mejorar los puntos debiles de cada dispositivo, pero con escaso exito hasta el momento. El desarrollo del nuevo tipo de dispositivo de almacenaje elimina esas trabas, mejorando simultáneamente las características de baterías y supercapacitadores. La clave fue diseñar un cátodo y un ánodo con grandes superficies de grafeno. En principio se depositan electrolito líquido con átomos de Litio en el ánodo. Tras la primera descarga el Litio se ioniza y se obtienen muchas más partículas de Litio ionizado que en las baterías tradicionales. Conforme la batería es usada las partículas de litio pasan al cátodo y rellenan las grandes superficies de grafeno. Durante la recarga, cantidades enormes de iones de Litio migran velozmente del cátodo al ánodo. Las grandes superficies disponibles en ambos electrodos es lo que posibilita el veloz movimiento de los iones de litio que le dota de sus impresionantes características.
También se han experimentado con distintas configuraciones de grafeno para observar la más adecuada (una capa, doble capa, oxidada, etc.). Aún se necesitan más pruebas para dar con la configuración idónea. También se necesita seguir investigando en la vida útil, o número de ciclos de carga y descarga de los SMCs. De momento se ha comprobado que el dispositivo mantiene un 95% de su capacidad tras los primeros 1000 ciclos de carga/descarga, mejorando las actuales baterías de Li-ion (vida máxima de 750 a 1000 ciclos). Incluso con más de 2000 ciclos de carga/descarga no se ha observado la formación de dendritas.
No es fácil anticipar cuando esteran disponibles comercialmente. Puede pasar desde un año hasta más de tres, dependiendo de cuánto tiempo tarde en descender el elevado precio del grafeno en el mercado.
No es fácil anticipar cuando esteran disponibles comercialmente. Puede pasar desde un año hasta más de tres, dependiendo de cuánto tiempo tarde en descender el elevado precio del grafeno en el mercado.
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